北京理工大学 l 金属激光增材制造在线监测技术研究进展

| 3DScienceValley · 2026/10/10

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金属激光增材制造技术具备实现复杂构件高效精密成形的核心能力，目前已经在航空航天、国防、医疗等重要工业领域得到了成功应用。然而，由于涉及极端非平衡的快速熔凝过程，难以避免地会产生较多的孔隙、裂纹、表面几何缺陷及分层等制造缺陷。这些缺陷严重破坏了构件的致密度与力学性能，阻碍了其在高端装备中的更广泛应用。

因此，发展原位在线监测技术不仅是实时捕捉过程失稳征兆、深入理解缺陷机理的科学需求，更是实现主动质量控制、减少报废损失的工程前提，对推动增材制造走向高一致性生产具有跨学科的创新意义。

北京理工大学研究团队近日在《力学进展》期刊发表了《金属激光增材制造在线监测技术研究进展》一文，系统综述了多维度检测技术体系的构建，梳理了关键测试方法与技术的前沿突破。

论文链接：
DOI: 10.6052/1000-0992-25-027

研究亮点

光学与热学监测体系的智能化：

重点探讨了可见光与红外光检测方法。可见光监测通过同轴或旁轴高速相机，能够直观捕捉微秒级熔池几何形态、飞溅及粉末床异常；深度结合卷积神经网络与物理信息神经网络，实现了从纯数据驱动向物理规则约束的缺陷智能分类跃升。红外光检测则利用双色高温计等设备非接触式捕捉热辐射，克服了复杂热物理变化中的发射率干扰，实现了三维热历史与应力场的高精度原位反演。

图1:不同的相机监测视角示意图. (a) LDED工艺下相机位置固定的欧拉视角(Hao et al. 2020), (b) LDED工艺下相机跟随激光器运动的旁轴拉格朗日视角(Feng et al. 2022b)

声学信号的深度特征解析：

针对LDED强气流噪声与LPBF相对安静环境的信号差异，梳理了基于声发射及麦克风传感器的声学监测技术。通过小波变换及深度学习算法的强鲁棒去噪处理，声学技术能够高灵敏地侦测亚表面裂纹扩展及微观孔隙的瞬态应力波特征。

图2: 基于声发射传感器的检测设备. (a)用于LPBF工艺的装置及信号(Kononenko et al. 2023), (b)布置于舱室内的麦克风装置(Yamashita et al. 2025)

多源数据融合与闭环控制机制：

鉴于单一传感器难以兼顾全视场高精度与高频响应，论文深度剖析了数据级、特征级与决策级的多模态传感融合策略。在此基础上，总结了利用自适应PID、模型预测控制等策略实施闭环反馈调节的最新进展，证实其在抑制动态热积累、修正沉积层高偏差及提高微观组织均匀性方面的显著成效。

图3:多传感器检测系统检测流程示意图. (a)用于LDED工艺的多传感器监测系统: 同轴相机和麦克风监测(Ren et al. 2025), (b)和(d)基于深度学习方法的熔池图像与声信号的融合, (c)用于LPBF工艺的麦克风、相机监测设备(McKinney et al. 2025)

未来展望

当前缺陷在线检测的精度、速率和效率依然受限于多源异构传感器数据的时空配准难题以及多物理场信息同步检测的效率瓶颈。未来的研究需进一步聚焦于多传感探测技术与机器学习的深度协同，探索更具鲁棒性的特征级融合算法。同时，应重点推进物理信息引导的深度学习框架，并注重数字孪生驱动的全流程质量预测模型构建，以期为解决增材制造缺陷监测与宏观/微观跨尺度精度控制的共性问题提供可靠的解决途径。

来源：《力学进展》

论文引用

姜策, 封伟, 龙紫云, 王普祥, 赵今朝, 郑博, 谢惠民, 刘战伟. 金属激光增材制造在线监测技术研究进展. 力学进展, 2026, 56(3): 744-782

Jiang C, Feng W, Long Z Y, Wang P X, Zhao J Z, Zheng B, Xie H M, Liu Z W. Research progress on online monitoring technology for metal laser additive manufacturing. Advances in Mechanics, 2026, 56(3): 744-782
DOI: 10.6052/1000-0992-25-027

作者简介

刘战伟，北京理工大学教授、博士生导师，长期从事实验力学与增材制造领域先进光学测量方法、技术与系统的研究。曾担任基础力学实验中心北京市级实验教学示范中心主任。入选教育部新世纪优秀人才、欧盟资助的居里学者、闽江学者讲座教授等，担任中国力学学会实验力学专委会委员、北京力学会实验力学专委会副主任委员、SCI期刊Materials以及核心期刊《实验力学》等编委，先后主持国家自然基金重大科研仪器研制项目、面上项目、北京市自然基金等10余项。发表高水平SCI论文110余篇，授权发明专利30余项。获教育部技术发明一等奖和教育部自然科学二等奖等。